JP4139281B2 - 発光管及び無電極蛍光ランプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、壁面に内方への凹入部を有する放電容器の内面に蛍光層が形成されてなる発光管及びこの発光管を備える無電極蛍光ランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無電極蛍光ランプは、一般蛍光ランプの寿命を決定する電極を有していないため、一般蛍光ランプに比べて優れた長寿命特性を示す。この無電極蛍光ランプ（以下、単に「ランプ」という。）は、例えば、壁面に内方への凹入部を有するガラス製の放電容器の内面に蛍光層が形成されてなる発光管と、凹入部に挿設された励起コイルとを備えている。
【０００３】
そして、ランプ点灯時には、励起コイルに高周波の交流電流を流して発光管内に交流磁界を発生させることにより、発光管の内部に封入されている不活性ガス及び水銀のガスプラズマが形成され、この際に発生する紫外線によって蛍光層が励起されて可視光を発生するようになっている（特許文献１参照）。
蛍光層は、放電容器の内面であって凹入部の底以外の面に形成されている。これは、放電容器の凹入部の底には、放電容器内を排気したり、上述のガスを封入したりする際に利用する排気管が設けられており、凹入部の底に蛍光層を形成すると、排気管が細いために詰まる（貫通孔が塞がれる）ことがあるためである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１８５９５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の発光管を用いたランプでは、点灯させた際に、凹入部の底が発光管の外側から透けて見えてしまい（この底が見えることを、以下、「透け」という。）、点灯時における発光管の外観意匠が著しく低下するという問題がある。
【０００６】
この透けの問題は、例えば、凹入部を浅くしたり、蛍光層を厚く形成したりすることで解消するが、前者は、点灯時の発光管における最冷点温度の制御が難しく、また、後者は、発光管から発せられる光束が減少してしまう。
本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであって、放電容器の凹入部を浅くしたり、凹入部の底に蛍光層を形成したりせずに、透けを改善できると共に発光光束の低下も抑えることのできる発光管及びこの発光管を用いた無電極蛍光ランプを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る発光管は、壁面に内方への凹入部を有し且つ前記凹入部の底に排気管が設けられている放電容器と、前記放電容器内における前記凹入部の底を少なくとも除く内面に形成された蛍光層とからなり、前記凹入部の底と、前記放電容器の内面であって前記凹入部の底に対向する部位との最短距離をｄ（ｍｍ）としたときに、前記凹入部の底に対向する部位に形成されている蛍光層の膜厚ｔ（μｍ）が、
１８０／ｄ ≦ｔ ≦２０ （但し、ｄ≧９ｍｍ）
を満たすことを特徴としている。
【０００８】
ここで、ｄ≧９ｍｍとしているのは、ｄが９ｍｍより小の場合、上記式が成立しないためである。これによれば、透けを少なくできると共に発光光束の低下も抑えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る無電極蛍光ランプの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
１．無電極蛍光ランプの構成について
図１は本発明に係る無電極蛍光ランプの一部を切り欠いた全体構造を示す正面図である。無電極蛍光ランプ（以下、単に「ランプ」という。）１０は、所謂、電磁誘導結合型放電（Ｈ放電）を利用したものである。また、以下で説明するランプ１０は、一般白熱電球１００Ｗに相当する２０Ｗ品、つまり、ランプ電力が２０Ｗである。
【００１０】
ランプ１０は、透光性ガラスからなる発光管１２を有している。この発光管１２は、壁面に内方（下方）へ凹んだ凹入部１４を有する放電容器１６からなり、この放電容器１６の内面に蛍光層３５ａ，３５ｂが形成されている。また、放電容器１６の内部の放電空間３４には、水銀（Ｈｇ）と不活性ガス、例えばクリプトン（Ｋｒ）ガスが放電物質として封入されている。
【００１１】
なお、図１では、凹入部１４の外周面に形成されている蛍光層を、符号「３５ｂ」で示し、凹入部１４以外の放電容器１６の内面に形成されている蛍光層を、符号「３５ａ」で示している。
凹入部１４は、有底筒状をしており、その底１８には、放電容器１６内を排気したり、上述のガスを封入したりする際に利用する排気管１７が、外方（上方）に延伸するように設けられている。この凹入部１４内には、励起コイルユニット２０が挿設されている。
【００１２】
励起コイルユニット２０は、コア２１と、このコア２１の外周に巻き付けられた励起コイル２２とからなる。励起コイルユニット２０の内周側には、励起コイル２２に電流を流したときにコア２１の温度上昇を防止するための放熱手段として、アルミ製のヒートシンク２５の延伸部２６が挿入されている。
延伸部２６は、その軸心に沿って開口しており、この開口内に発光管１２の排気管１７が挿入するようになっている。ヒートシンク２５は、延伸部２６に延設されたカップ状部２７を有しており、このカップ状部２７が合成樹脂製のケース２８に固定されている。
【００１３】
ケース２８内には、励起コイル２２と接続され、この励起コイル２２に高周波の交流電流を流すための高周波駆動回路３０が収納されている。また、ケース２８には、一般の白熱電球と同規格の口金３１が取り付けられており、商用電源からの電力が口金３１を介して高周波駆動回路３０に供給される。
２．発光管について
発光管１２は、例えば、一般の白熱電球或いは電球形蛍光ランプで使用されている発光管の形状、例えばＡ形状をしている。放電容器１６は、発光管１２の形状に対して、例えば、球形状をしており、その具体的な寸法は、例えば、図１に示すように、最大外径Ｄ１が７５ｍｍで、全長Ｌ２が９０ｍｍである。一方、凹入部１４の具体的な寸法は、例えば、外径Ｄ２が２１ｍｍ、全長Ｌ１が７０ｍｍである。
【００１４】
凹入部１４の底１８に設けられた排気管１７は、放電容器１６内を真空にしたり、上述の放電物質が封入したりする際に利用された後、例えば、チップオフ封止される。これにより、放電容器１６内に密閉した放電空間３４が形成されることになる。
放電容器１６は、凹入部１４が凹む方向（図１では下方となり、以下、単に、「凹入方向」ともいう。）の延長上に底１９が位置し、凹入部１４の底１８と放電容器１６の底１９との凹入方向の距離は、略２０ｍｍ（Ｌ２−Ｌ１）であり、底１８と放電容器１６との最短距離ｄ（図１参照）は、略１８ｍｍである。
【００１５】
放電容器１６の内面であって凹入部１４の底１８を除いた面には保護層が形成され、その上に上述の蛍光層３５ａ、３５ｂが形成されている。なお、図１では、保護層の図示は省略している。
保護層は、点灯時にガラス製の放電容器１６からナトリウムが溶出するのを防ぐためである。なお、ナトリウムの溶出を防ぐ理由は、ナトリウムが溶出すると放電空間３４内に封入されている水銀と結合してアマルガムとなり、このアマルガムが放電容器１６の内面、保護層或いは蛍光層３５に付着して発光光束が低下するからである。
【００１６】
この保護層は、例えば、アルミナ粒子、シリカ粒子、イットリア粒子、ランタン粒子のうちの一種類、具体的にはアルミナ粒子が用いられる。この保護層の膜厚は、放電容器１６の内面であって凹入部１４を除く面では略１μｍ、凹入部１４の周面では略１０μｍで形成されている。
凹入部１４の周面での保護層を厚くしている理由は、蛍光層３５が励起されて発した可視光を発光管１２の外側に反射させるためである。なお、保護層を厚くして反射作用を持たせる場合には、チタニア粒子を用いても良い。
【００１７】
蛍光層３５は、例えば、赤、緑、青発光の３種類の発光体を混合したもの（三波長域用）が用いられている。具体的には、赤色にユーロピウム不活酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ³⁺）を、緑色にセリウム・テルビウム不活りん酸ランタン（ＬａＰＯ₄：Ｃｅ³⁺、Ｔｂ³⁺）を、また青色にユーロピウム不活バリウムマグネシウムアルミネート（ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺）等が用いられる。
【００１８】
蛍光層３５ａの膜厚は、放電容器１６の底１９の周辺の面、具体的には、凹入部１４の底１８よりも下方、つまり、放電容器１６の底１９側に位置する面（図１では範囲Ａ１に対応する。）では、略１８μｍに形成される。
一方、凹入部１４の底１８よりも上方に位置する面（図１では範囲Ａ２で示し、放電容器の内面から範囲Ａ１を除いた範囲に対応する）では、略３０〜６０μｍに形成されている。なお、凹入部１４の外周の蛍光層３５ｂの膜厚は、略１２〜２５μｍで形成されている。
【００１９】
３．外管の範囲Ａ１における蛍光層の膜厚について
（１）下限について
発光管１２を発光させたときに、放電容器１６の凹入部１４の底１８が透けるのは、放電容器１６の底１９の周辺に形成された蛍光層３５ａの膜厚が薄い、或いは凹入部１４が深い（つまり、放電容器１６の底１９と凹入部１４の底１８との距離が小）ためと考えられる。
【００２０】
このため、発明者らは、範囲Ａ１と凹入部１４の底１８との最短距離ｄを変化させたときに、透けが発生する蛍光層３５ａの膜厚（範囲ａ１における膜厚）を調査した。
具体的には、最短距離ｄを１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍとして、それぞれの最短距離ｄについて放電容器１６の底１９の蛍光層３５ａの膜厚とを変化させた発光管１２を製作し、この発光管１２を用いたランプを、その口金３１を下にした状態で、点灯させ（所謂、口金下点灯）、この状態の発光管１２を上方から見たときに凹入部１４の底１８が見えるかどうかを試験した。
【００２１】
図２は、上述の試験結果を示す図である。
試験結果は、同図に示すように、各最短距離ｄにおいて蛍光層３５ａの膜厚が厚いときには透けが発生しておらず、透けが発生する膜厚と透けが発生しない膜厚との間の境界線が存在すると考えられる。
各最短距離ｄにおいて透けが発生しない蛍光層の膜厚ｔ（μｍ）は、凹入部１４の底１８と、この底１８に対向する放電容器１６の底１９側との最短距離をｄ（ｍｍ）とすると、
ｔ≧１８０／ｄ
で表せることができる。
【００２２】
（２）上限について
凹入部１４の底１８の透けは、蛍光層３５ａを厚くすれば解消できることが上述の試験で実証されたが、単に蛍光層３５ａを厚くすると、発光管１２から発せられる光束が低下してしまう。そこで、発明者らは、放電容器１６の内面に形成された蛍光層３５ａの膜厚と、この蛍光層３５ａの膜厚の発光管を用いたランプが発する光束との関係を調査すべく試験を行った。
【００２３】
試験内容は、蛍光層３５ａの膜厚を１２μｍから１８μｍとの間で変化させ、その時の発光管の発光光束を測定した。
ランプの点灯条件を以下に示す。
点灯条件 ・・・ 口金上点灯
点灯時の温度 ・・・ ２５℃±１℃
測定時期 ・・・ ランプ点灯後、１００時間を経過した時に測定
図３は、上述の試験を行った結果を示す図である。なお、図３では、縦軸を目標の発光光束に対する測定結果の比で示している。なお、光束比が１００％の発光光束は、ランプの光束を管理する上で目標として設定された値である。
【００２４】
なお、蛍光層の膜厚の測定は、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）を用いて行った。
試験結果は、同図に示すように、蛍光層の膜厚が、１２．５μｍ、１４．５μｍでは、発光光束は略目標の発光光束となっているが、膜厚が１４．５μｍ以上になると、膜厚の増加に伴って光束比が低下しているのが分かる。
【００２５】
この低下する光束は、目標の光束に対して９５％程度は品質の面からも必要とされると考えられる。したがって、目標の発光光束に対して９５％以下となる蛍光層の膜厚は、図３により、略２０μｍより大と推測できる。
（３）まとめ
以上のことから、透けを無くすと共に発光光束の低下も抑えることのできる蛍光層の膜厚は、凹入部１４の底１８と、放電容器１６の内面であって凹入部１４の底１８に対向する部位との最短距離をｄ（ｍｍ）としたときに、凹入部１４の底１８に対向する放電容器１６の底１９の周辺の面に形成されている蛍光層の膜厚ｔ（μｍ）が、
１８０／ｄ ≦ｔ ≦２０ （但し、ｄ≧９ｍｍ） ・・（１）
を満たせばいいことになる。
【００２６】
従って、範囲Ａ１における蛍光層３５ａの膜厚ｔは、上記説明では略１８μｍとしているが、この値に限定するものではなく、上記式１を満足する値であれば良い。
４．蛍光層の形成方法について
上記３では、ランプを点灯させた際にも、凹入部１４の底１８が外側から見えることがなく、しかも、ランプ点灯時の発光光束の低下も抑えることができる最適な蛍光層３５ａの膜厚の範囲について説明した。ここでは、蛍光層３５ａの膜厚が最適な範囲内となるように蛍光層３５ａを形成する方法について、簡単に説明する。
【００２７】
図４は、放電容器を構成する外管の内壁に蛍光層を形成する工程を説明するための概略図である。
先ず、放電容器を構成する外管４０を準備する。この外管４０は、上述の放電容器１６となる部分を有し、円筒状部４１と略球状部４２とが連接された構成になっている。
【００２８】
そして、図４の（ａ）に示すように、外管４０をその円筒状部４１が上方となる状態で、注入ノズル５０を外管４０内に進入させ、この注入ノズル５０から塗布液４３を外管４０内に注入する。なお、塗布液４３は、例えば、ポリエチレンオキサイド（糊状をした高分子物質）を純水に溶かした水溶液に蛍光体粉末を混入させたものである。
【００２９】
次に、外管４０を、図４の（ｂ）に示すように、矢印Ａの向きに回転させながら徐々に倒立させる。ここで、外管４０を回転させるのは、塗布液４３を略球状部４２内面の略全面に塗布する（付着させる）と共に、塗布液４３が筋状に外管４０の内面に残らないようにするためである。
そして、図４の（ｃ）に示すように、外管４０を完全に倒立させた後、しばらくしてから、外管４０の回転を停止させ、熱風が吹き出している熱風ダクト５１の下方に配置する。このときの外管４０は、倒立したままの状態を維持している。また、このとき外管４０の内部に温風を送風する送風筒５２を下方から進入させておく。
【００３０】
外管４０は、熱風ダクト５１の吹き出し口から真下に向かって吹き出される、所定温度に設定された熱風を所定時間、外管４０の底の外面から受けるとともに、図４の（ｃ）に示すように、塗布液４３に送風筒５２からの温風をあてて乾燥させる。
以上の蛍光層の形成工程では、塗布液４３の粘度、成分、更には、熱風ダクト５１、送風筒５２から吹き出す熱風または温風の温度等について、詳細には説明しなかったが、これらの条件により蛍光層の膜厚は変わる。したがって、蛍光層の膜厚の管理は、上記の塗布条件を試験等により確認しながら適宜決定される。
【００３１】
なお、蛍光層の形成方法は、上述の工程を経なくても、その膜厚は管理できる。例えば、蛍光層を含んだ塗布液の粘度を低くして、複数回にわたって塗布液を塗布しても、所定の膜厚に成形することができる。
５．その他
（１）放電容器の底と凹入部の底との距離について
本実施の形態、つまり、ランプ電力が２０Ｗでは、放電容器１６の底１９と凹入部１４の底１８との凹入方向の距離は略２０ｍｍとしているが、この距離は、１８ｍｍ以上２３ｍｍ以下であることが好ましい。すなわち、前記距離が、１８ｍｍより小となると最冷点温度が最適温度に対して低くなり、逆に２３ｍｍより大となると最冷点温度が最適温度に対して高くなり、結果として発光光率が低下するからである。
【００３２】
なお、放電容器１６の底１９と凹入部１４の底１８との凹入方向の距離が１８ｍｍのとき、放電容器１６の底１９と凹入部１４の底１８との最短距離ｄが略１７ｍｍ程度になると考えられる。
（２）ランプ電力について
上記の実施の形態では、ランプ電力が２０Ｗの無電極蛍光ランプについて説明したが、本発明はランプ電力が２０Ｗのものに限定するものではない。例えば、ランプ電力が２０Ｗより小でも良く、逆に、２０Ｗより大であっても良い。
【００３３】
但し、無電極蛍光ランプの最冷点温度を最適な範囲で管理するには、放電容器の底と凹入部の底との凹入方向の距離は、ランプ電力によって変わるが、概ね、１２ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲とするのが好ましいと考えられる。なお、このときの放電容器の底と凹入部の底との最短距離（記凹入部の底と、放電容器の内面であって凹入部の底に対向する部位との最短距離）は、略１１ｍｍ程度になると考えられる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る発光管は、壁面に内方への凹入部を有し且つ前記凹入部の底に排気管が設けられている放電容器と、前記放電容器内における前記凹入部の底を少なくとも除く内面に形成された蛍光層とからなり、前記凹入部の底と、前記放電容器の内面であって前記凹入部の底に対向する部位との最短距離をｄ（ｍｍ）としたときに、前記凹入部の底に対向する部位に形成されている蛍光層の膜厚ｔ（μｍ）が、
１８０／ｄ ≦ｔ ≦２０ （但し、ｄ≧９ｍｍ）
を満たしている。これにより、放電容器の凹入部を浅くせずに、透けを無くすと共に発光光束の低下も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における無電極蛍光ランプの一部を切り欠いた全体構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態における、放電容器の底と凹入部の底との最短距離と、凹入部の底の透け発生との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における、放電容器の底の蛍光層の膜厚と光束比との関係を示す図である。
【図４】放電容器を構成する外管の内壁に蛍光層を形成する工程を説明する図である。
【符号の説明】
１０ ランプ
１２ 発光管
１４ 凹入部
１６ 放電容器
１８ 凹入部の底
１９ 放電容器の底
ｄ 最短距離

Claims (4)

1. 壁面に内方への凹入部を有し且つ前記凹入部の底に排気管が設けられている放電容器と、前記放電容器内における前記凹入部の底を少なくとも除く内面に形成された蛍光層とを備える発光管であって、
   前記凹入部の底と、前記放電容器の内面であって前記凹入部の底に対向する部位との最短距離をｄ（ｍｍ）としたときに、前記凹入部の底に対向する部位に形成されている蛍光層の膜厚ｔ（μｍ）が、
   １８０／ｄ ≦ｔ ≦２０ （但し、ｄ≧９ｍｍ）
   を満たすことを特徴とする発光管。
2. 放電容器は、前記凹入部の略延長上に底を有し、前記凹入部の底に対向する部位は、放電容器の前記底近の面であることを特徴とする請求項１に記載の発光管。
3. 放電容器は、前記凹入部の略延長上に底を有し、前記凹入部の底に対向する部位は、当該凹入部の底よりも前記放電容器の底側に位置する面であることを特徴とする請求項１に記載の発光管。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光管を備えることを特徴とする無電極蛍光ランプ。

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